CN114432973A - 管式气体分布器和气固流化反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气固流化反应器技术领域，公开了一种管式气体分布器和气固流化反应器，该管式气体分布器包括：支管和与支管相连通的多根分支管，支管上开设有支管进气口，分支管上开设有多个布气孔，分支管的尾部区域处开设有泄流孔。该管式气体分布器在使用过程中不降低管式气体分布器初始设计效果，不会发生堵塞，实际使用效果也不会随使用时长增长而遭受到不同程度损伤。
Description
技术领域
本发明涉及气固流化反应器技术领域，具体地涉及管式气体分布器和气固流化反应器。
背景技术
气固流化反应器是指气体在由固体颗粒物料或催化剂构成的沸腾床层内进行化学反应的设备。气体在一定的流速范围内，将堆成一定床层的固体颗粒物料或催化剂强烈搅动，使其在设备内呈悬浮运动状态，也即流化状态。流化状态下的固体颗粒层如同沸腾的液体一般，将具有液体的一些特性，如对器壁有流体压力的作用、能溢流和具有粘度等。
气体分布器作为气固流化反应器中的重要组成部分，起到使通入的气体实现均匀、有效分配的作用，最常用的气体分布器为管式气体分布器。
但现实中在使用管式气体分布器时，部分催化剂颗粒会不可避免地进入管式气体分布器，使管式气体分布器易发生堵塞，从而使管式气体分布器实际使用效果随使用时长增长而遭受到不同程度的损伤。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的管式气体分布器易发生堵塞的问题，提供一种管式气体分布器，该管式气体分布器在使用过程中不降低管式气体分布器初始设计效果，不会发生堵塞，实际使用效果也不会随使用时长增长而遭受到不同程度损伤。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种管式气体分布器，该管式气体分布器包括：支管和与所述支管相连通的多根分支管，所述支管上开设有支管进气口，所述分支管上开设有多个布气孔，所述分支管的尾部区域处开设有泄流孔。
优选地，所述管式气体分布器为树枝型管式气体分布器；多个所述分支管分布设置于所述支管的两侧；或，多个所述分支管呈辐射分布设置于所述支管的侧面。
优选地，所述管式气体分布器为环型管式气体分布器，所述分支管为圆环形状；所述支管沿所述分支管的径向方向延伸设置，所述分支管的一个端部与所述主管的侧面相连通，另一个端部设置为封闭。
优选地，所述管式气体分布器还包括主管，所述支管设置有多根，且多根所述支管呈辐射状设置于所述主管的侧面并与所述主管相连通。
优选地，同一根所述分支管上两相邻的所述布气孔之间的间距为D，所述泄流孔距其所在的所述分支管末端的距离为L，0.3D≤L≤1D，所述泄流孔距其相邻的所述布气孔的距离为N，0.9D≤N≤1.1D。
优选地，所述泄流孔的喷口开设方向为竖直朝向气固流化反应器的底部空间。
优选地，所述泄流孔为双直径结构，其小端设置于面向所述分支管的一端，其大端设置于背向所述分支管的一端。
优选地，所述泄流孔的小端直径为X，大端直径为Y，所述布气孔的直径为M，0.9M≤X≤1M，1M≤Y≤1.1M，X＜Y。
优选地，所述布气孔为异径结构的喷嘴，所述喷嘴的小端开向所述分支管内，所述喷嘴大端开向所述分支管外壁，所述喷嘴的外端与所述分支管平齐。
优选地，所述分支管的外表面设置有耐磨衬里。
本发明第二方面提供一种气固流化反应器，该气固流化反应器包括：反应器本体，所述反应器本体的底部设置有所述管式气体分布器，所述管式气体分布器的支管进气口与气体原料进口连通。
通过上述技术方案，使得该管式气体分布器在使用过程中不降低管式气体分布器初始设计效果，不会发生堵塞，实际使用效果也不会随使用时长增长而遭受到不同程度损伤。
附图说明
图1是管式气体分布器的第一种优选实施方式的结构示意图；
图2是管式气体分布器的第二种优选实施方式的结构示意图；
图3是管式气体分布器的第三种优选实施方式的结构示意图；
图4是管式气体分布器的第四种优选实施方式的结构示意图；
图5是管式气体分布器的第五种优选实施方式的结构示意图；
图6是管式气体分布器的一种优选实施方式的局部剖视放大结构示意图；
图7是泄流孔的一种优选实施方式的剖视结构的立体示意图；
图8是异径结构的喷嘴的一种优选实施方式的正视示意图；
图9是气固流化反应器的立体结构示意图；
图10是现有技术中的一种管式气体分布器的结构示意图。
附图标记说明
1-气固流化反应器；2-管式气体分布器；21-支管；22-支管进气口；23-分支管；24-布气孔；241-喷嘴；25-泄流孔；26-主管；27-耐磨衬里；3-板式气体分布器；4-气固快速分离器；5-气体原料进口；6-催化剂进口；7-催化剂出口；8-反应产物出口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上下左右、前后内外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。
实施例1
本发明提供了一种管式气体分布器2，该管式气体分布器2包括：支管21和与所述支管21相连通的多根分支管23，所述支管21上开设有支管进气口22，所述分支管23上开设有多个布气孔24，所述分支管23的尾部区域处开设有泄流孔25。
在现有技术所使用的气固流化反应器1中，管式气体分布器2通常设置于气固流化反应器1底部，固体颗粒物料或催化剂堆成的流化床层设置于管式气体分布器2上方。气体原料从支管进气口22进入，流经支管21，并经多条分支管23的均匀有效分配，最终从多个布气孔24均匀喷出，喷出气体在一定的流速范围内，将堆成一定床层的固体颗粒物料或催化剂强烈搅动，从而在气固流化反应器1中发生气固化学反应。
如图9所示，该气固流化反应器1为现有技术中常用的以甲醇气体为原料、以固体颗粒物SAPO-34/Al2O3为催化剂来制备丙烯的催化裂解反应装置。该气固流化反应器1包括两段流化床并对应设置有两层气体分布器，其中上层采用板式气体分布器3，下层采用所述管式气体分布器2。甲醇气体从气体原料进口5进入管式气体分布器2，并经多个布气孔24均匀喷出，固体颗粒物SAPO-34/Al2O3从催化剂进口6进入，并在管式气体分布器2上方形成流化床层，通过一系列的催化裂解反应，甲醇被成功制备成丙烯，丙烯与催化剂颗粒的混合物流经气固快速分离器4，丙烯被分离出来并从反应产物出口8引出，失活的催化剂颗粒则从催化剂出口7排出。
在上述的催化裂解反应过程中，如图10所示，分支管23靠近支管21的根部区域，由于甲醇气体从支管21进入分支管23的过程中流动方向发生改变，且流速相对较高，容易在分支管23的根部区域附近形成局部负压区。如果分支管23根部区域处的布气孔24的开孔位置较为靠近支管21，则分支管23根部区域位置处就易因负压形成倒流，将流化床层内的固体催化剂颗粒物SAPO-34/Al2O3吸入管式气体分布器2。
进一步如图10所示，固体催化剂颗粒物SAPO-34/Al2O3进入管式气体分布器2后，固体催化剂颗粒物SAPO-34/Al2O3不能得到及时排出，此将引起甲醇气体及携带的杂醇在分支管23内与固体催化剂颗粒物SAPO-34/Al2O3发生过度反应，生成焦炭状固体物质，最终堵塞分支管23，造成管式气体分布器2的均匀分配效果下降。
在当前对管式气体分布器2进行设计时，虽然一般对多个布气孔24在分支管23根部区域位置处的开孔位置有一定的设计要求，且对多个布气孔24之间的间距均有一定的设计要求，但在实际操作过程中，由于压力、操作负荷的波动等原因，不可避免的使得部分催化剂颗粒仍会进入分支管23，因此实际操作时，多有堵塞现象的发生。经反复研究及实验证明，在分支管23根部区域位置处，因负压形成倒流进入分支管23的催化剂颗粒，在甲醇气流的作用下，会倾向于聚集在分支管23尾部区域。
如图1所示的本实施例1中的一种实施方式，通过在分支管23尾部区域处开设泄流孔25，进入分支管23的催化剂颗粒通过泄流孔25可以得到及时排出，避免了甲醇气体及携带的杂醇在分支管23内与固体催化剂颗粒物SAPO-34/Al2O3发生过度反应，导致最终堵塞分支管23，造成管式气体分布器2的分配效果下降。
即通过采用本实施例所述的本发明的管式气体分布器2，在所述管式气体分布器2的使用过程中，保证了所述管式气体分布器2不会发生堵塞，从而保证所述管式气体分布器2的实际使用效果不会随使用时长增长而遭受到不同程度损伤。
进一步如图2-4所示的其他实施方式中，本实施例所述的本发明的管式气体分布器2可以是树枝型管式气体分布器2，也可以是环型管式气体分布器2，均可以通过在分支管23远离支管21的尾部区域处开设泄流孔25，来实现本发明的目的。具体可根据所述气固流化反应器1的型号及应用场景需要，更好地与所述气固流化反应器1配合使用。
具体的说，如图2所示，所述管式气体分布器2为树枝型管式气体分布器2；多个所述分支管23分布设置于所述支管21的两侧，两侧的多个分支管23以所述支管21为轴对称设置，且长度由所述支管21的中部朝向两端的方向上逐渐减小。又如图3所示，多个所述分支管23呈辐射分布设置于所述支管21的侧面，分支管23为螺旋线型，可以增加气流的分布效果，当然，分支管23也可以根据需要设置为任意的形状，如S型或直线型。再如图4所示，所述管式气体分布器2为环型管式气体分布器2，所述分支管23为圆环形状；所述支管21沿所述分支管23的径向方向延伸设置，所述分支管23的一个端部与所述主管26的侧面相连通，另一个端部设置为封闭，此时，泄流孔25设置在靠近分支管23封闭的一端侧面。
进一步如图5所示，所述管式气体分布器2还包括主管26，所述支管21设置有多根，且多根所述支管21呈辐射状设置于所述主管26的侧面并与所述主管26相连通。
通过增设主管26的优点在于：在一些大型化的气固流化反应器1中，通过增设所述主管26与多根所述支管21，气体原料进口5先从所述主管26进入，再分配至所述多根支管21，最后再分配至所有的所述分支管23，如此可极大提高通气容量，提高化学反应产出，有利于降低装置运行的单位成本，提高经济效率。
在本实施例中，所述支管21设置有四根，四根所述支管21均匀分布于所述主管26的径向外侧，所述每根支管21与其上分布的所述分支管23，构成独立的树枝型管式气体分布器2。
通过这样的实施，可大幅提高对所述气固流化反应器1中空间的利用效率，进一步提高通气容量，提高化学反应产出，降低装置运行单位成本，提高经济效率。
同时对于本领域的技术人员而言，本实施例所述的本发明的管式气体分布器2的应用场景也不限于甲醇催化裂解制备丙烯的催化裂解反应装置，可以理解的是，本实施例所述的本发明的管式气体分布器2可以应用至所有的气固流化反应应用场景。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上针对泄流孔25具体开设位置所做出的进一步优化。
如图6-7所示，同一根所述分支管23上，同一根所述分支管23上两相邻的所述布气孔24之间的间距为D，所述泄流孔25距其所在的所述分支管23末端的距离为L，0.3D≤L≤1D。
因所述分支管23根部区域位置处的负压作用，进入所述分支管23的催化剂颗粒，在气流的作用下，会倾向于聚集在所述分支管23尾部区域，通过0.3D≤L≤1D的设置，一方面有效保证了进入所述分支管23的催化剂颗粒可以顺利通过所述泄流孔25得以及时排出，另一方面还保证了气体在通过所述泄流孔25时的速度不会过高，以减少对催化剂颗粒的破碎效果。
此外，所述泄流孔25距其相邻的所述布气孔24的距离为N，0.9D≤N≤1.1D。
通过0.9D≤N≤1.1D的设置，效保证了所述管式气体分布器2的初始设计分配效果不会遭到降低。也即在所述管式气体分布器2的设计之初，同等参数配置的所述管式气体分布器2，其设计基础是在保证不降低所述管式气体分布器22初始设计效果的前提下，在所述管式气体分布器2的实际使用过程中，随着使用时长增长，保证所述管式气体分布器2的实际使用效果不会随使用时长增长而遭受到不同程度损伤，以实现所述管式气体分布器2实际使用效果与初始使用效果的始终如一。
在该实施方式中，所述泄流孔25的喷口开设方向为竖直朝向气固流化反应器1的底部空间。
在所述气固流化反应器1中，所述管式气体分布器2通常设置于所述气固流化反应器1底部，固体催化剂颗粒堆成的流化床层设置于所述管式气体分布器2上方。所述泄流孔25的喷口开设方向为竖直朝向所述气固流化反应器1的底部空间，在所述气固流化反应器1关停时或其流化床层压力波动时，可避免部分催化剂颗粒会经所述泄流孔25直接进入所述分支管23中。
实施例3
本实施例是在实施例1、2的基础上针对泄流孔25具体形状结构及尺寸所做出的进一步优化。
如图6-7所示，所述泄流孔25为双直径结构，其小端设置于面向所述分支管23的一端，其大端设置于背向所述分支管23的一端，所述双直径结构的中部设置有平滑过渡区。
由于固体催化剂颗粒的硬度通常较高，且在大多工况下，气体通过所述泄流孔25时，其气流速度仍然较高，通过将所述泄流孔25设置为双直径结构，可改变固体催化剂颗粒在通过所述泄流孔25时的局部流出方向，有效避免了固体催化剂颗粒可能破坏所述管式气体分布器2中其他内件现象的发生。通过对所述泄流孔25的双直径结构设置平滑过渡区，还保证了所述泄流孔25具有较高的耐磨性。
在该实施方式中，所述泄流孔25的小端开向所述分支管23内，所述泄流孔25的大端开向所述气固流化反应器1的底部空间。
通过将所述泄流孔25的小端开向所述分支管23内，所述泄流孔25的大端开向所述气固流化反应器1的底部空间，可使固体催化剂颗粒在流经所述泄流孔25的大端时，局部流出方向改变的同时，还加速了所述泄流孔25大端处的局部流出速度，使得所述分支管23内的固体催化剂颗粒可以更为顺畅地排出。
另外，所述泄流孔25小端端部与所述分支管23内壁持平。
固体催化剂颗粒的硬度通常较高，且在大多工况下，气体通过所述泄流孔25时，其气流速度仍然较高，所述泄流孔25小端端部与所述分支管23内壁持平，可进一步减小固体催化剂颗粒在流经通过所述泄流孔25时的风流阻力损耗，更有利于所述分支管23内的固体催化剂颗粒的及时排出。
此外，在同一根所述分支管23上，所述泄流孔25的小端直径为X，大端直径为Y，所述布气孔24的直径为M，0.9M≤X≤1M，1M≤Y≤1.1M，X＜Y。
通过0.9M≤X≤1M、1M≤Y≤1.1M、X＜Y的设置，可最大限度保证不降低所述管式气体分布器2初始设计效果，即实现所述分支管23内的固体催化剂颗粒可以顺利排出的同时，甲醇等气体的分布效果基本不会发生变化。
需要指出的是，所述布气孔24可以采用等径结构，也可以采用异径结构。
进一步如图8所示，所述布气孔24为异径结构的喷嘴241，所述喷嘴241的小端开向所述分支管23内，所述喷嘴241大端开向所述分支管23外壁，所述喷嘴241的外端与所述分支管23平齐。
当所述布气孔24采用如图8所示的异径结构时，所述泄流孔25的小端直径0.9M≤X≤1M，其M取值采用与其紧邻的所述布气孔24的小端直径，所述泄流孔25的大端直径1M≤Y≤1.1M，其M取值采用与其紧邻的所述布气孔24的大端直径。
通过参照所述布气孔24的异径结构来对所述布气孔24的直径M取不同的值，以此分别计算所述布气孔24的小端直径与大端直径，可使设计出来的所述布气孔24对催化剂颗粒的排出效果更为显著。
在该实施方式中，所述喷嘴241呈螺旋上升阵列分布于所述分支管23径向外侧，所述分支管23外壁包覆有耐磨衬里27，所述喷嘴241大端端部与所述耐磨衬里27外层齐平，所述喷嘴241小端端部位于所述分支管23中心。
通过设置所述耐磨衬里27，有利于延长所述管式气体分布器2的使用寿命；通过对所述喷嘴241上述排列方式及其结构尺寸的设置，其与所述布气孔24配合使用，可进一步提高所述布气孔24对催化剂颗粒的排出效果。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种管式气体分布器，其特征在于，所述管式气体分布器(2)包括：支管(21)和与所述支管(21)相连通的多根分支管(23)，所述支管(21)上开设有支管进气口(22)，所述分支管(23)上开设有多个布气孔(24)，所述分支管(23)的尾部区域处开设有泄流孔(25)。
2.根据权利要求1所述的管式气体分布器，其特征在于，所述管式气体分布器(2)为树枝型管式气体分布器(2)；
多个所述分支管(23)分布设置于所述支管(21)的两侧；或，
多个所述分支管(23)呈辐射分布设置于所述支管(21)的侧面。
3.根据权利要求1所述的管式气体分布器，其特征在于，所述管式气体分布器(2)为环型管式气体分布器(2)，所述分支管(23)为圆环形状；
所述支管(21)沿所述分支管(23)的径向方向延伸设置，所述分支管(23)的一个端部与所述主管(26)的侧面相连通，另一个端部设置为封闭。
4.根据权利要求1-3中的任意一项所述的管式气体分布器，其特征在于，所述管式气体分布器(2)还包括主管(26)，所述支管(21)设置有多根，且多根所述支管(21)呈辐射状设置于所述主管(26)的侧面并与所述主管(26)相连通。
5.根据权利要求1所述的管式气体分布器，其特征在于，同一根所述分支管(23)上两相邻的所述布气孔(24)之间的间距为D，所述泄流孔(25)距其所在的所述分支管(23)末端的距离为L，0.3D≤L≤1D，所述泄流孔(25)距其相邻的所述布气孔(24)的距离为N，0.9D≤N≤1.1D。
6.根据权利要求1所述的管式气体分布器，其特征在于，所述泄流孔(25)的喷口开设方向为朝向气固流化反应器(1)的底部空间。
7.根据权利要求1所述的管式气体分布器，其特征在于，所述泄流孔(25)为双直径结构，其小端设置于面向所述分支管(23)的一端，其大端设置于背向所述分支管(23)的一端；
优选地，所述泄流孔(25)的小端直径为X，大端直径为Y，所述布气孔(24)的直径为M，0.9M≤X≤1M，1M≤Y≤1.1M，X＜Y。
8.根据权利要求1或7所述的管式气体分布器，其特征在于，所述布气孔(24)为异径结构的喷嘴(241)，所述喷嘴(241)的小端开向所述分支管(23)内，所述喷嘴(241)大端开向所述分支管(23)外壁，所述喷嘴(241)的外端与所述分支管(23)平齐。
9.根据权利要求1所述的管式气体分布器，其特征在于，所述分支管(23)的外表面设置有耐磨衬里(27)。
10.一种气固流化反应器，其特征在于，所述气固流化反应器(1)包括：反应器本体，所述反应器本体的底部设置有权利要求1-9中的任意一项所述的管式气体分布器(2)，所述管式气体分布器(2)的支管进气口(22)与气体原料进口(5)连通。
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